CZ20001309A3 - Způsob výroby vodíku a oxidu uhelnatého - Google Patents

Abstract

Způsob katalytické oxidace pro přípravu vodíku a oxidu uhelnatého z organických surovin při kterém se uvádí do kontaktu organická surovina a plyn, obsahující kyslík, v množstvích poskytujících poměr kyslík:uhlík od 0,3 do 0,8 s katalyzátorem při prostorové rychlosti plynu v rozmezí od 10 000 do 10 000 000 Nl/kg/h, při kterém se používá organická surovina obsahující uhlovodíky a/nebo oxid obsahující suroviny, které jsou kapalné za normální teploty a normálního tlaku a mají průměrný počet uhlíkových atomů v molekule menší než 6. Vynález se dále týká způsobu výroby elektrické energie a transportních prostředků pro tento generátorový elektrický energetický systém.

Description

Způsob přípravy vodíku a oxidu uhelnatého

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přípravy vodíku a oxidu uhelnatého katalytickou parciální oxidací vhodných surovin.

Dosavadní stav techniky

Parciální oxidace plynných uhlovodíků, konkrétně methanu nebo přírodního plynu, v přítomnosti katalyzátoru, je atraktivní cestou pro přípravu směsí oxidu uhelnatého a vodíku, běžně označované jako syntézní plyn. Parciální oxidace plynného methanu je exothermní reakce, charakterizovaná rovnicí:

2CH₄ + O₂ -» 2CO + 4H₂

Existuje mnoho literatury o katalyzátorech a podmínkách provádění parciální katalytické oxidace, zejména methanu. Reference lze nalézt například v EP-A-303 438, EP-B-262 947, US-A-5149464, publikované mezinárodní patentové přihlášce WO 92/1 1199 a v publikacích D.A. Hickman a L.D. Schmidt (Synthesis Gas Formation by Direct Oxidation of Methane over Pt Monoliths, J. of Catal. 138, 267-282, 1992), A.T. Ashcroft et al. (Selective oxidation of methane to synthesis gas using transition metal catalysts, Nátuře, vol. 344, No. 6264, strany 319-321, 22nd March, 1990), P.D.F Vernon et al (Partial Oxidation of Methane to Synthesis Gas, Catalysis Letters 6 (1990) 181-186), R.H. Jones et al. (Catalytic Conversion of Methane to Synthesis Gas over Europium Iridate, Elhl^Oz, Catalysis Letters 8 (1991) 169-174) a J.K. Hockmuth (Catalic Partial Oxidation of Methane over a Monolith Supported Catalyst, Applied Catalysis B: Environmental, 1 (1992) 89-100).

• ·

Je jasné, že vzhledem k poměru počtu atomů HZC v methanu (4), je tento plyn pro výrobu vodíku ve větším množství nejlepší surovinou. Pokud zvažujeme pro výrobu vodíku jiné zdroje, je jasné, že mají ne 1 atom uhlíku nižší poměr H/C, což způsobuje, že jsou méně vhodné.

Kromě toho, uhlovodíky s počtem C atomů vyšším než 1 jsou náchylné, jak je známo, spíše pyrolytické produkci uhlíku než produkci optimálních množství H2 a CO. Tato tendence se ještě více projevuje, čím je počet uhlíkových atomů v molekule uhlovodíku vyšší. Kromě této tendence tvořit pyrolytický uhlík, mají vyšší uhlovodíky také nevýhody vyplývající z fyzikálních a chemických vlastností samotných těchto uhlovodíků a z nestability směsí uhlovodíků se vzduchem. To může vést k pre-emitující vznícení, které je vysoce nežádoucí.

Dále, je dobře známo, že uhlíkové úsady mohou být také způsobeny katalytickými reakcemi a, opět, tato tendence se projevuje silněji když podrobujeme katalytickým procesům vyšší uhlovodíky.

Katalytická parciální oxidace uhlovodíků, které jsou za normálního tlaku a normální teploty kapalné, na vodík a oxid uhelnatý je popsán v US-A-4,087,259. Prostorové rychlosti kapaliny (liquid hourly space velocities = LHSV), t.j. litry uhlovodíku na litr katalyzátoru za hodinu, jsou uvedeny v příkladech provedení této publikace, a jde o hodnoty 2 až 20 h'¹, které odpovídají Prostorové rychlosti plynu do 75 000 h¹ pro směs vzduchu a benzínu. Explicitně je vyjádřeno mínění, že LHSV nad 25 h'¹ má za výsledek nekompletní parciální oxidaci a tudíž nižší výtěžek.

V EP-A-262 947 je popsána katalytická parciální oxidace uhlovodíků majících 1 až 15 atomů uhlíku. Pro methan jsou v tomto • · · · · · • ·

literárním zdroji uvedeny hodnoty GHSV do 42 500 h'¹. V EP-A262 947 se poznamenává, že pro vyšší uhlovodíky byly nalezeny nižší hodnoty GHSV než pro uhlovodíky, mající nižší počet uhlíků. Pro hexan jsou v příkladech uvedeny velmi nízké výstupní hodnoty, například 6,25 a 12,5 g/h. Tyto hodnoty odpovídají plynným hodnotám GHSV pod 1,000 Nl/kg/h. Pro poměr kyslík:uhlík v rozmezí od 0,3 do 0 ,8 je konverze hexanu dokonce ještě pod těmito nízkými hodnotami, tedy prakticky pod 80%.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout způsob přípravy vodíku a oxidu uhelnatého z organických surovin, které jsou kapalné za podmínek normální teploty a tlaku (25 °C a 100 kPa) ve vysokém výtěžku a bez hromadění uhlíkových úsad na katalyzátorech.

Překvapivě bylo zjištěno, že tyto požadavky lze splnit prováděním katalytické parciální oxidace s organickými surovinami, které jsou kapalné za podmínek normálního tlaku a normální teploty při poměru kysl ík: uh I ík v rozmezí od 0,3 do 0,8 a při velmi vysokých prostorových rychlostech.

Podle vynálezu se řeší způsob katalytické parciální oxidace pro přípravu vodíku a oxidu uhelnatého z organických surovin, přičemž při tomto způsobu se uvádí do kontaktu organická surovina a plyn, obsahující kyslík, v množstvích poskytujících poměr kyslík:uhlík od 0,3 do 0,8, s katalyzátorem při prostorové rychlosti plynu v rozmezí od 100 000 do 10 000 000 Nl/kg/h, při kterém se používá organická surovina obsahující uhlovodíky a/nebo oxid obsahující suroviny, které jsou kapalné za normální teploty a normálního tlaku a mají průměrný počet uhlíkových atomů v molekule menší než 6.

Průměrný počet atomů uhlíku v molekule, počítané jako součet součinů, vypočtených jako počet uhlíků v molekule určité frakce krát molární podíl této frakce. Tudíž, průměrný počet uhlíkových atomů v molekule n je definován jako:

η = Σ n, · Xj kde rij je počet uhlíkových atomů v molekule sloučeniny, která tvoří frakci i a Xj je molární zlomek frakce i.

V určitých případech tvoří suroviny, které se používají jako výchozí látky při způsobu podle vynálezu uhlovodíky nebo směsi uhlovodíků vroucí od 50 °C do 500 °C, výhodně v rozmezí 60 °C až 350 °C. Vhodné výchozí suroviny obsahují kerosen vroucí mezi 150 °C a 200 °C, syntetický plynový olej vroucí mezi 200 °C a 500 °C, zejména mezi 200 °C a 300 °C. Uhlovodíky, které se používají jako suroviny při způsobu podle vynálezu, pocházejí z biomas, jako například bionafta.

Za účelem stanovení vhodnosti určitých výchozích surovin pro použití ve způsobu podle vynálezu, může být užitečné zjistit kouřový jood, který je důležitým indikátorem sklonu látky k tvorbě uhlíkových úsad.

Obecně řečeno, hodnoty kouřového bodu (jak jsou stanoveny normou ASTM-D 1322-96) větší než 15 znamenají, že suroviny jsou vhodné pro katalytickou parciální oxidaci. Výhodné suroviny mají kouřový bod nejméně 18, ještě výhodnější nad 25 přičemž suroviny, mající kouřový bod větší než 60, jako jsou syntetické benzíny (např. jak jsou vyráběny postupem Shell Middle Distillate Synthesis process), se dají výhodně použít.

* · • ·

- 5 Další indikací sklonu suroviny tvořit uhlíkové úsady je obsah síry a kovů jako je Ni nebo V v surovině. Výhodně je obsah síry v surovině, používané ve způsobu podle vynálezu je pod 150 ppm, výhodně pod 100 ppm. Obsah Ni nebo V je výhodně pod 0,2 ppm, výhodně pod 0,1 ppm.

Je možné, aby byly v surovinách přítomny uhlovodíkové složky, které jsou použitelné při ve způsobu podle vynálezu, a které jsou za normálních podmínek plynné, pokud se splní požadavky, aby surovina byla za normálních podmínek kapalná a aby měla průměrný počet uhlíkových atomů v molekule 6.

Uhlovodíky, které jsou kapalné za podmínek normální teploty a normálního tlaku, obsahují nejvýše 25 atomů uhlíku v molekule.

Způsob podle vynálezu může také být prováděn tak, že výchozí surovina obsahuje kyslíkaté látky, které jsou za normálních podmínek kapalné a mají průměrný počet atomů uhlíku nejméně 6.

Kyslíkaté látky, které se používají jako část suroviny nebo jako surovina ve způsobu podle vynálezu jsou definovány jako molekuly, obsahující kromě atomů uhlíku a vodíku nejméně 1 atom kyslíku, který je navázán k jednomu nebo ke dvěma atomům uhlíku nebo k atomu uhlíku a atomu vodíku.

Příklady vhodných kyslíkatých látek jsou alkanoly, ethery, kyseliny a estery mající 6 až 25 atomů uhlíku a jsou kapalné za normálních podmínek teploty a tlaku.

- 6 Jako surovina ve způsobu podle vynálezu se také mohou používat směsi uhlovodíků a kyslíkatých látek, které byly definovány shora. Jak uhlovodíkové suroviny, tak i kyslíkaté suroviny (a jejich směsi) mohou obsahovat kyslíkaté sloučeniny, mající méně než 6 atomů uhlíku, jako je methanol, ethanol, dimethylether a podobně, s podmínkou, že požadavky, že surovina nebo suroviny musí být kapalné za normálních podmínek a průměrný počet atomů v molekule suroviny musí být alespoň 6, jsou splněny.

Surovina, která se používá ve způsobu podle vynálezu, se v průběhu parciální oxidace uvádí do kontaktu s plynem, obsahujícím kyslík.

Jako plyn obsahující kyslík se může používat ve způsobu podle vynálezu vzduch, přičemž pak bude v reakční směsi přítomen ve velkých množstvích dusík. Alternativně se může použít v podstatě zcela čistý kyslík nebo vzduch, obohacený kyslíkem.

Vstup může také obsahovat páru. Obvykle obsahuje uhlovodík a/nebo kyslíkatou surovinu a kyslík v množství, dostatečném k zajištění poměru kyslík:uhlík v rozmezí 0,3 až 0,8, výhodně 0,45 až 0,75. Mimořádně jsou výhodné poměry kyslík:uhlík kolem stechiometrického poměru 0,5, tedy poměry v rozmezí 0,45 až 0,65. Údaje o poměrech kyslík:uhlík udávají množství kyslíku v molekulární formě (O2) ku počtu atomů přítomných v uhlovodíkové a/nebo kyslíkaté surovině.

Pokud je ve vstupu do reaktoru přítomna pára, poměr páry ku uhlíku (což je poměr molekul páry (H₃O) ku atomům uhlíku v molekule uhlovodíku) je výhodně v rozmezí od asi 0,0 do 3,0, výhodněji od asi 0,0 do 2 ,0.

• A • · • ·

- 7 Způsob podle vynálezu se dá provádět při jakémkoliv vhodném tlaku. Výhodně se katalytický oxidační proces provádí za zvýšeného tlaku, což je tlak výrazně vyšší oproti atmosférickému tlaku. Způsob se dá výhodně provádět při tlacích od 2 do 50 bar. Výhodně se způsob provádí při tlaku v rozmezí od 3 do 30 bar, ještě výhodněji v rozmezí od 5 do 20 bar. Údaje v tomto popisu, vztahující se ke tlaku, znamenají absolutní tlak.

Katalytická parciální oxidace se může provádět při jakékoliv vhodné teplotě. Za podmínek vysokého tlaku běžných při katalytické parciální oxidaci, jsou přiváděné molekuly obvykle uváděny do kontaktu s katalyzátorem za zvýšených teplot, aby se dosáhlo vysoké úrovně konverze, požadované pro průmyslový komerčně využitelný způsob. V souladu s tím ser způsob výhodně provádí při teplotě alespoň 800 °C. Výhodně se způsob provádí při teplotě v rozmezí od 800 do 1500 °C, ještě výhodněji v rozmezí 800 až 1350 °C. Teploty v rozmezí od 850 do 1300 °C jsou zejména výhodné. Zde uváděné údaje se týkají teploty v horní části (t.j. na straně vzestupného proudu) vrstvy katalyzátoru.

Plyn obsahující kyslík se dodává v průběhu katalytické parciální oxidace prostorovými rychlostmi (vyjádřenými v normálních litrech (t.j. litrech při 0 °C a 100 kPa) plynu na kilogram katalyzátoru za hodinu), které jsou v rozmezí od 100 000 do 10 000 000 Nl/kg/h, výhodně v rozmezí od 200000 do 3,000,000 Nl/kg/h, výhodněji v rozmezí od 400 000 do 3000 000 Nl/kg/h. Prostorové rychlosti plynu v rozmezí od 500 000 do 1 500 000 Nl/kg/h jsou zejména výhodné.

Složení katalyzátorů, vhodná pro použití při katalytické parciální oxidaci plynných uhlovodíků, která jsou známá v oboru, se také mohou aplikovat při katalytické parciální oxidaci uhlovodíků a/nebo kyslíkatých látek podle vynálezu. Tyto katalyzátory obecně

- 8 otsahují jako aktivní složku kov, vybraný z Vlil skupiny Periodické tabulky prvků. Údaje, uváděné v tomto popisu, které se týkají Periodické tabulky prvků jsou uváděny podle verze používané CAS, jak byla publikována v CRC Handbook of Chemistry and Physics, 68th Edition. Katalyzátory pro použití při způsobu podle vynálezu obsahují jako katalyticky aktivní složku kov, vybraný z rhodia, iridia, palladia a platiny.

Katalyzátory obsahující rhodium, iridium nebo platinu jsou zejména vhodné jako katalyzátory. Katalyzátory obsahující iridium jsou nejvhodnější.

Katalyticky aktivní kov je nejvhodněji nanesen na nosiči. Vhodné nosiče pro katalytické materiály obsahující kov jsou látky dobře známé v oboru a patří mezi ně žáruvzdorné oxidy jako je oxid křemičitý (silika), hlinitý (alumina), oxidy titanu, zirkonu a jejich směsi. Směsné žáruvzdorné oxidy, tedy žáruvzdorné oxidy obsahující nejméně dva kationty, se mohou pro tento účel podle vynálezu také použít jako nosiče pro katalyzátor. Také kovy, výhodně ve formě síťoviny, mohou být s výhodou použity jako nosiče.

Katalyticky aktivní kov se může nanášet na nosič metodami, které jsou v oboru dobře známé. Nejvhodnější technika pro nanášení kovu na žáruvzdorný nosič je impregnace, která se nejčastěji používá a obvykle zahrnuje uvedení nosiče do styku s roztokem sloučeniny katalyticky aktivního kovu a následného sušení a xalcinace získaného materiálu. Pro kovové síťoviny si může použít technika známá jako dip-coat.

Katalyzátor může obsahovat katalyticky aktivní kov v jakémkoliv vhodném množství, výhodně v množství, umožňujícím dosáhnout dostatečně vysoké úrovně aktivity. Obvykle katalyzátor • 4

- 9 4444 44 4· • 4 4 4 44 4 4

4 4 4 4 44 4 obsahuje aktivní kov v množstvích v rozmezí od 0,01 do 20% hmotnostních, výhodně od 0,02 do 10% hmotnostních, výhodněji od 0,1 do 7,5% hmotnostního.

Výhodný režim reakce při způsobu podle vynálezu je režim s ''ixním katalytickým ložem, při kterém se katalyzátor udržuje v reakční zóně ve stálém uspořádání. Pokud je to žádoucí, lze použít fluidní lože, ve kterém katalyzátor je ve formě částic, vznášejících se v proudu plynu.

Fixní uspořádání může být provedeno formou pevného lože částic katalyzátoru, které jsou udržovány technikami, dostatečně známými v oboru. Alternativně může pevné uspořádání zahrnovat katalyzátor ve formě monolitické struktury.. Nejvýhodnější monolitická struktura zahrnuje keramickou pěnu. Vhodné keramické pěny pro použití při způsobu podle vynálezu jsou dostupné komerčně. Alternativní monolitické struktury obsahují žáruvzdorné oxidové plástvové monolitické struktury. Dále, alternativní formy fixního uspořádání jsou kovové síťoviny nebo dráty.

Při provádění způsobu podle vynálezu se surovina a plyn, obsahující kyslík, výhodně uvádějí do kontaktu s katalyzátorem za adiabatických podmínek. Pro účely tohoto popisu, termín adiabatické znamená takové reakční podmínky, při kterých jsou v podstatě veškeré tepelné ztráty zářením z reakční zóny znemožněny, s výjimkou ztrát, ke kterým dochází odvodem plynných látek z reaktoru.

Vodík nebo směs vodíku s dalšími plyny, připravená při způsobu podle vynálezu, je zejména vhodná pro použití jako palivo, které se může spalovat přímo nebo nepřímo.

- 10 • ·

Způsob podle vynálezu se může velmi vhodně použít pro získání vodíkového paliva pro palivové články. V palivových článcích prochází vodík a kyslík katalyzátorem palivového článku, čímž se získává elektrická energie a voda. Technologie palivových článků je dostatečně známá v oboru. Palivové články jsou známé zdroje energie, šetrné k životnímu prostředí.

Je výhodné před použitím syntézního plynu jako o zdroje vodíku pro palivové články obohatit tento syntézní plyn vodíkem a odstranit téměř veškerý přítomný oxid uhelnatý. Vhodné metody, kterými se toho dá dosáhnout, jsou známé ve stavu techniky. Příklad je odstranění oxidu uhelnatého, popřípadě spolu s ostatními složkami syntézního plynu jinými než vodík, membránovou separací. Jinou vhodnou metodou je tlaková rotační adsorpce (PSA). Je zejména výhodné zvýšit obsah vodíku v syntézním plynu reakcí pro získání vodního plynu:

CO + H₂O -* co₂ + h₂

Oxid uhličitým který při tom vznikne, se může odstranit známými metodami, například membránovou separací nebo PSA. Zbytkový oxid uhelnatý se může odstranit selektivní oxidací nebo, společně s oxidem uhličitým, membránovou separací.

Vynález se také týká způsobu výroby elektrické energie zahrnující následující stupně:

(a) příprava směsi vodíku a oxidu uhelnatého z organických surovin podle vynálezu; a (b) konverze alespoň části vodíku, připraveného ve stupni (a) na elektrickou energii a vodu v palivovém článku.

- 11 ·· ·· ·· ·· • · · · · · ♦ • · · · · · ·· · · · · · · • · · · · · · • · ·· · · · ·

Výhodně se před konverzí alespoň části vodíku ve stupni (b) obohacuje směs vodíku a oxid uhelnatý připravená ve stupni (a) vodíkem tím, že se provede reakce pro získávání syntézního plynu, popřípadě s následným oxidu uhličitého. Výhodněji se zbytkový oxid uhelnatý v podstatě odstraní z vodíkem-obohacené směsi vodíku a oxidu uhelnatého jinými metodami než reakcí na vodní plyn. Takové metody jsou v oboru dobře známé. Alternativně se směs vodíku a oxidu uhelnatého, připravená ve stupni (a), obohacuje vodíkem odstraněním oxidu uhelnatého jinými metodami, než je reakce pro získání vodního plynu.

V dalším aspektu se vynález týká soustavy pro výrobu elektrické energie, která při své činnosti generuje elektrickou energii způsobem podle tohoto vynálezu.

Palivové články jsou velmi vhodné pro dopravní prostředky, zejména osobní automobily nebo nákladní automobily. V souladu s tím se další aspekt vynálezu týká dopravních prostředků, opatřených soustavu podle vynálezu, která je schopna dodávat elektrickou energii.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

a) Příprava katalyzátoru

0,1 g hydrátu chloridu iridičitého (IrCU.HsO obsahující 53 % hmotn. Ir chemické čistoty) byl rozpuštěn v 1 g vody. Získaný roztok byl použit k impregnaci 1,0 g ytriem stabilizovaného zirkonu (komerční produkt s názvem Ytrium Partial Stabílized Zirconia (Y- 12 •··· ·· * · ·· ·· ·· ·· ···· ···· • · ·· · · · ·

PSZ, mající 650 pórů na čtvereční centimetr), impregnace byla prováděna ve třech stupních se sušením (při teplotě asi 100 °C) mezi nimi. Po poslední impregnaci byl materiál kalcinován na vzduchu (1 hod při 700 °C), aby se dosáhlo rozkladu chloridu iridia.

b) katalytický experiment

Syntetický kerosen, mající rozmezí teplot varu od 150 °C do 200 °C a mající kouřový bod >50 mm byl rozprašován do proudu vzduchu s pomocí trysky, sestávající ze dvou soustředných kapilár, přičemž výstupní otvor trysky byl umístěn 2 centimetry od katalyzátorového lože, obsahujícího 0,87 g katalyzátoru, připraveného podle části a) přičemž tento katalyzátor byl uložen v křemenné trubici, mající vnitřní průměr 12 mm. Katalyzátorové lože mělo objem 1,13 ml.

Experiment byl prováděn při tlaku 3 bara. Kerosen byl přiváděn na katalyzátorové lože rychlostí 112,3 g/hod (154 ml/h) a vzduch rychlostí 470 Nl/hod. Hodnota rychlosti přivádění vstupních surovin na katalyzátor (GHSV = Gaseous Hourly Space Velocity) byia nastavena na 540 000 Nl/kg katalyzátoru/hod. Experiment byl prováděn při poměru a O2/C = 0,55.

Ukončení experimentu bylo provedeno přidáním vodíku a zapálením pomocí infralampy. Teplota v horní části katalyzátorového lože se ustavila na asi 1250 °C.

Konverze kerosenu měla hodnotu 95%. Hodinový výtěžek byl 4,8·10³ mol na kg katalyzátoru pro oxid uhelnatý a 3,7»1O³ na kg katalyzátoru pro vodík. Za těchto podmínek nebyly vizuálně pozorovány žádné uhlíkové úsady.

- 13 ···· ·· • · • ·

Příklad 2

a) Příprava katalyzátoru

Roztok 11,5 g dusičnanu zirkoničitého obsahující 14,6 hmotn.% Zr byl přidán do 2,1 g hydrátu chloridu iridičitého (lrCl4.H₂O obsahující 53 hmotn. % Ir chemické čistoty). Získaný roztok byl použit k impregnaci 20,00 g částic ytriem stabilizovaného zirkonu s obchodním názvem Ytrium Partial Stabilized Zirconia (Y-PSZ), majícím 650 pórů na čtvereční centimetr o velikosti částic 30-80 mesh. Impregnace byla provedena ve čtyřech stupních a použitím sušení (20 minut při teplotě asi 140 °C) mezi nimi. Po poslední impregnaci byl materiál kalcinován na vzduchu (2 hod při 700 °C). Výslední katalyzátor obsahoval 4,7 % hmotn. Ir a 7,1 % hmotn. Zr počítáno na hmotnost katalyzátoru.

b) katalytický experiment

Syntetický kerosen mající od 150 °C do 2 00 °C a majících a bod kouření >50 mm byl nastřikován do proudu vzduchu tryskou, tvořenou dvěma soustřednými kapilárami, jejíž výstupní otvor byl umístěn 2 centimetry od lože katalyzátoru, obsahujícího 1,23 g katalyzátoru, připraveného podle části a) přičemž tento katalyzátor byl přítomen v křemenné trubici o vnitřním průměru 6 mm. Katalyzátorové lože mělo objem 0,6 ml.

Tento experiment byl prováděn při tlaku 3 bara. Kerosen byl přiváděn na katalyzátorové lože rychlostí 158 g/hod (216 ml/h) a vzduch rychlostí 600 Nl/hod. Hodnota prostorové rychlosti (GHSV = Gaseous Hourly Space Velocity) dosáhla 490 000 Nl/kg katalyzátoru/hod. Experiment byl prováděn při poměru O₂/C = 0,51.

- 14 ·«·· ·« • · • · «· ·· ·· ·· • · · · · » · · · • ···· · · · · ··· · · ··· · · · • · · · · · · · * ·· ·· ·· ··

Ukončení experimentu bylo provedeno přidáním vodíku a zapálením pomocí infralampy. Teplota v horní části katalyzátorového lože se ustavila na asi 1250 °C.

Konverze kerosenu měla hodnotu 94%. Hodinový výtěžek byl 5,6·10³ mol na kg katalyzátoru pro oxid uhelnatý a 5,4-10³ na kg katalyzátoru pro vodík. Za těchto podmínek nebyly vizuálně pozorovány žádné uhlíkové úsady.

Claims (19)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob katalytické parciální oxidace pro přípravu vodíku a oxid uhelnatý z organické suroviny, při kterém se uvádí do kontaktu organická surovina a plyn obsahující kyslík, v množstvích poskytujících poměr kyslík:uhlík od 0,3 do 0,8, s katalyzátorem při prostorové rychlosti v rozmezí od 100 000 do 10 000 000 Nl/kg/h, při kterém se používá organická vstupní surovina, obsahující uhlovodíky a/nebo kyslíkaté sloučeniny, přičemž uvedená surovina je kapalná za podmínek normálního tlaku a normální teploty a má průměrný počet atomů uhlíku v molekule alespoň 6.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výchozí surovina má průměrný počet atomů uhlíku v molekule v rozmezí od 6 do 25.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že uhlovodíková surovina má teplotu varu v rozmezí od 50 °C do 500 °C, výhodně v rozmezí 60 °C až 350 °C.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že surovinou je kerosenová surovina vroucí při teplotě mezi 150 ^eC a 200 °C.
5. 5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že surovina je syntetický plynový olej vroucí při teplotě mezi 200 °C a 500 °C, výhodně mezi 200 °C a 350 °C.
6. 6. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kyslíkatá surovina obsahuje alkanol nebo ether.

   - 16 • to · * ·· • to · to • · · », · • toto to · · · to « ·· · <? * · to · · · • · ·«
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že výchozí surovina plyn, obsahující kyslík, jsou přítomny v množstvích, dávajících poměr kyslík:uhlík v rozmezí od 0,45 do 0,75, výhodně od 0,45 do 0 ,65.
8. 8. Způsob podle to kteréhokoliv z nároků 1-7, vyznačující se tím, že surovina se uvádí do kontaktu s katalyzátorem při tlaku v rozmezí od 2 do 5 0 bar, výhodně od 3 do 3 0 bar, more výhodně od 5 dc 2 0 bar.
9. 9. Způsob podle to kteréhokoliv z nároků 1-8, vyznačující se tím, že surovina se uvádí do kontaktu s katalyzátorem při teplotě v rozmezí od 800 do 1 500 °C, výhodně z 800 do 1 350 °C, výhodněji v rozmezí od 850 do 1 300 °C.
10. 10. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1-9, vyznačující se tím, že plyn obsahující kyslík se uvádí do kontaktu s katalyzátorem při prostorové rychlosti v rozmezí od 200 000 do 3 000 000 Nl/kg/h, výhodně z 500 000 do 1 500 000 Nl/kg/h.
11. 11. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1-10, vyznačující se tím, že katalyzátor obsahuje rhodium nebo iridium.
12. 12. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1-11, vyznačující se tím, že katalyzátor se udržuje ve fixním uspořádání, výhodně ve formě částic fixního lože katalyzátoru nebo ve formě keramické pěny.
13. 13. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1-12, vyznačující se tím, že surovina se uvádí do kontaktu s katalyzátorem za podmínek, které jsou v podstatě adiabatické.

    e · · · · ·

    - 17 • · ·· r» * · « ♦ · · • ·· * · · · 9

    4 V 4 » « · · ·
14. 14. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1-13, vyznačující se tím, že alespoň část výchozí suroviny je před uvedením do kontaktu s katalyzátorem přítomna ve formě viditelných kapek.
15. 15. Způsob výroby elektrické energie, vyznačující se tím, že zahrnuje následující stupně:

    (a) přípravu směsi vodíku a oxidu uhelnatého z organických surovin s použitím způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 1 4; a (b) konverzi alespoň části vodíku, připraveného ve stupni (a) na elektrickou energii a vodu palivovým článkem.
16. 16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že alespoň část směsi vodíku a oxidu uhelnatého připraveného ve stupni (a) se obohatí vodíkem pomocí reakce pro výrobu vodního plynu, popřípadě s následným odstraněním oxidu uhličitého.
17. 17. Způsob podle nároku 15 nebo 16, vyznačující se tím, že alespoň část oxidu uhelnatého se odstraní z (vodíkem obohacené) směsi vodíku a oxidu uhelnatého jiným způsobem než pomocí reakce pro výrobu vodního plynu.
18. 18. Soustava pro výrobu elektrické energie, vyznačující se tím, že v průběhu výroby se elektrická energie generuje vyrábí podle kteréhokoliv z nároků 15 až 17.
19. 19. Dopravní prostředky opatřené soustavou, vyrábějící elektrickou energii podle nároku 18.